近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院賀強(qiáng)、吳英杰團(tuán)隊(duì)在仿生超分子膠體馬達(dá)研究方向取得最新進(jìn)展，提出了納米尺度旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)協(xié)同驅(qū)動(dòng)細(xì)胞尺度超分子膠體馬達(dá)的構(gòu)筑新方法。研究成果以《旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的超分子膠體馬達(dá)》（Rotary Biomolecular Motor-powered Supramolecular Colloidal Motor）為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。該研究創(chuàng)新性地以納米尺度的旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)ATP合酶作為動(dòng)力部件，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞尺度的超分子膠體馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)了仿生體系生物安全的能量轉(zhuǎn)換和自主運(yùn)動(dòng)能力。

　　在生物體中，細(xì)胞通過協(xié)調(diào)成百上千蛋白質(zhì)分子馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)和力量，在多個(gè)尺度上執(zhí)行各種機(jī)械任務(wù)，如細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和肌肉收縮等。然而，從納米級(jí)蛋白質(zhì)馬達(dá)出發(fā)設(shè)計(jì)活性仿生材料和機(jī)器，通過消耗能量來推動(dòng)微米級(jí)組裝體連續(xù)運(yùn)動(dòng)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種新型的旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)協(xié)同驅(qū)動(dòng)的超分子膠體馬達(dá)，以自然界最小的分子馬達(dá)——旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)ATP合酶作為動(dòng)力基元，運(yùn)用可控化學(xué)分子組裝構(gòu)筑了生物分子馬達(dá)協(xié)同驅(qū)動(dòng)超分子膠體馬達(dá)的新體系。

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，含ATP合酶馬達(dá)的色素團(tuán)囊泡在聚電解質(zhì)微膠囊表面的融合過程遵循“降落傘”機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)ATP合酶馬達(dá)內(nèi)外取向的調(diào)控，獲得超分子膠體馬達(dá)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的物理分析和理論模擬，在ADP、無機(jī)磷的反應(yīng)溶液中，光照下超分子膠體馬達(dá)的表面發(fā)生不對(duì)稱的光合磷酸化反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)超分子膠體馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，展示出較高的能量轉(zhuǎn)化與驅(qū)動(dòng)效率。通過改變光強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)生物分子馬達(dá)協(xié)同作用并放大這些分子力與運(yùn)動(dòng)，調(diào)控超分子膠體馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)行為，模擬生命體從分子到介觀到宏觀逐級(jí)放大做功的現(xiàn)象。

　　研究成果創(chuàng)新性地運(yùn)用生物分子馬達(dá)的能量轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超分子膠體馬達(dá)動(dòng)力單元的動(dòng)態(tài)調(diào)控，印證了由生物分子機(jī)器驅(qū)動(dòng)更大尺度機(jī)器的可能性，為游動(dòng)納米機(jī)器人仿生設(shè)計(jì)提供了全新的思路，也為未來細(xì)胞的能量代謝主動(dòng)調(diào)控實(shí)現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)診療提供了新途徑。

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院吳英杰副教授、賀強(qiáng)教授和國科溫州研究院巫浩副研究員為論文通訊作者。賀強(qiáng)課題組博士研究生劉君為論文第一作者，博士研究生李月和國科溫州研究院楊玲研究員參與論文研究工作。

　　本研究獲得國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目和國家重點(diǎn)研發(fā)課題的支持。

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